美军智能无人机集群平台建设、关键技术、作战样式及影响全解析.docx

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1、美军智能无人机集群平台建设、关键技术、作战样式及影响全解析目录编者按2摘要2引言21 .美军智能无人机集群相关项目情况21.1. 无人机平台情况21.1.1. “小精灵”无人机31.1.2. “郊狼”无人机31.1.3. “山鹑”无人机41. 1.4.“蝉”无人机41.2. 关键技术验证情况51.1. 1.集群指挥/控制/管理技术51.2. 2.智能作战体系集成技术52.典型作战样式判析62. 1. “忠诚僚机”战术骗扰62. 2.有人/无人智能协同72. 3. “蜂群”智能协同83.对美军作战的影响分析103. 1.加快了 OODA环的闭合速度103. 2.促进了作战组织方式的变化103.

2、3.体现了综合作战效果的变化104.美军面向联合全域作战的新型作战指挥架构104. 1.概述104.2.设想中的转变124. 3.未来的威胁和作战环境134. 3. 1.威胁134. 3. 2.技术134. 3. 3.信息速度144. 4.空天指挥控制的新架构15结语16编者按美国空军必须改变目前的大型集中式联盟空天作战中心模式，迅速发展一套更为灵活、更为分散的流程和指挥控制架构。摘要从无人机平台和关键技术验证两个维度分析美军智能无人机集群项目发展情况，研究“忠诚僚机”战术骗扰、有人/无人智能协同、“蜂群”智能协同三种作战样式及其对美军作战的影响。根据对美军智能无人机集群的跟踪研判和影响分析，

3、结合我军能力目标和技术发展趋势提出发展建议。研究成果可以为制定智能无人机集群发展计划提供决策参考，为开展装备型号论证工作提供技术发展依据。关键词。无人机；集群；智能；作战样式引言智能无人机集群是由一定数量的无人机基于开放式体系架构综合集成，以信息网络为支撑，以群智涌现为核心，指控关系弹性可变、兵力运用灵活可变、战术组合智能可变、任务能力动态可变、信息服务按需可变，形成的低成本、分布式、自协同、高弹性作战体系。美军认为智能无人机集群可显著提升其在强对抗环境中的作战能力，在突破多项关键技术并验证平台能力后，美军正在催生以智能无人机集群为核心的新型作战样式，力争改变未来作战“杀伤链”设计，获取作战优

4、势。1 .美军智能无人机集群相关项目情况1.1. 无人机平台情况如表1,目前，美军重点发展的集群无人机主要有“小精灵”“郊狼”“山鹑”和“蝉”等型号，形成了体积由米级到厘米级，重量由数十千克到数十克，飞行速度和航程梯次搭配，功能组合多样，有潜力满足不同类型作战任务需求的智能无人机集群。表1美军重点发展的集群无人机平台项目项目名称平台特点作战任务效能要求主管部门提出时间小精灵（Gremlin）0.8 Ma,光电/红外载荷、电子战设备侦察监视、电子攻击在强对抗环境维持作战优势DARPA2015 年郊狼（LOCUST）约6.3 g,携带光电红外传感器集群空中监视、护航、饱和攻击利用体积小及规模优势对

5、抗舰载武器海军2015 年山鹑（Perdix）540 g,可作为干扰机、诱饵、自杀式无人机电子干扰、赛博攻击、侦察监视消耗敌方舰空导弹SCO2014 年蝉(CICADA)无动力，携带温度、湿度、气压、声学或生化探测传感器核生化区域检在、侦察、情报搜集精细化感知目标空域环境信息海军2015 年1.1.1. “小精灵”无人机“小精灵”无人机是一种由有人机在敌防区外投放，可部分回收使用的低成本无人机，主要用于验证和评估智能无人机集群的投放及回收技术。2020年7月，美国防部高级研究计划局（DARPA）完成了 “小精灵”无人机第二次试飞，重点测试了无人机的发射回收系统、发射母机控制台、无人机与母机间的

6、指挥、控制与通信系统等性能和能力。“小精灵”无人机的尺寸与1枚巡航导弹相当，最大飞行速度850 km/h,最大航程556 km。多架“小精灵”在空中组网，相互协作组成任务功能完备的作战综合体。在执行任务过程中，幸存的无人机能够及时弥补某些无人机损失后所引起的任务功能缺失。DARPA希望这些无人机能够用于在对抗空域中执行危险任务，例如执行攻击作战前的侦察监视任务，以及通过电子攻击摧毁或瘫痪敌通信系统、导弹防御系统与战场网络系统等。图1美军电子战大“怪兽”与“小精灵”1.1.2. “郊狼”无人机“郊狼”无人机由美海军研究实验室研制，是“低成本无人机集群技术”（LOCUST）项目的主要成果。该无人机

7、长约1m,重约6 kg,最大飞行速度110km/h,最大航程32 km。“郊狼”无人机发射平台体积很小，可在舰船、飞机、车辆等无人平台的管状发射器内发射，在特定区域协同执行掩护、巡逻和攻击地面目标任务，通过集群战术对敌方进行压制，协同实施侦察监视或对陆、对海攻击等作战任务。2016年4月，美海军通过构建智能无人机集群自适应网络，在30s内完成了 30架“郊狼”无人机的投放和编组飞行。2018年10月，美海军利用智能无人机集群网络编组软件实现了 “郊狼”无人机集群化，该无人机集群在对敌具有相对优势的作战环境中可共享友机信息，具备一定自主和协同能力。1.1. 3. “山鹑”无人机“山鹑”无人机，由

8、麻省理工学院研制，是一种可利用战斗机的干扰弹发射装置投放，飞往低空执行侦察任务的微型无人机。为便于装入干扰弹发射筒，该无人机的前部和后部机翼在被投放前处于折叠状态。2014年9月，爱德华兹空军基地空军试飞学校完成了 F-16战斗机干扰弹发射装置投放“山鹑”无人机的测试。2016年10月，美海军和麻省理工学院成功完成了 3架F/A-18战斗机空投103架“山鹑”无人机的集群飞行测试。“山鹑”无人机重约0.29kg,最大飞行速度110 km/h,最大航程20km。美军并不满足于仅仅将“山鹑”无人机作为诱饵使用，正在探索发展并验证适用于该无人机的侦察、干扰等载荷设备，拓展该无人机的作战使用领域，并着

9、眼在复杂作战环境中进一步扩大集群规模。1.1.4. “蝉”无人机“蝉”无人机即“近战隐蔽自主无人一次性飞机(CICADA,缩写意为“蝉”)，由美海军研究实验室研制，是一款自主的GPS控制无人机。与其它嘈杂的无人机不同，“蝉”无人机非常安静，没有电机，在空气中无声无息，几乎无法检测。该无人机仅有手掌般大小，重约35g,最大飞行速度120 km/h,价格低廉，可一次性使用。2015年5月，美海军展示了可用于集群作战的“蝉”无人机。在2017年4月的无人机集群测试中，美海军从P-3“猎户座”侦察机一次性投放了 32架“蝉”无人机。最新的“蝉”原型机具有扁平的机翼和机身设计，可以轻松堆叠，从而能够同时

10、通过战斗机大量部署。迄今为止，美海军已向美国航空航天局(NASA)交付了 150架“蝉”无人机。1.2. 关键技术验证情况美军认为，作战杀伤链的“观察”“判断” “决策”“行动”四个环节中，“判断”和“决策”是制约智能无人机集群作战的关键，重点对智能无人机集群的指挥/控制/管理和智能作战体系集成等关键技术开展了验证研究。1.2.4. 集群指挥/控制/管理技术表2为美军智能无人机集群指挥/控制/管理关键技术验证项目主要有DARPA的“拒止环境中协同作战(CODE)项目和空军的“天空博格人”(Skyborg)项目。表2美军智能无人机集群指挥/控制/管理关键技术验证项目项目名称突破技术目标能力主管部

11、门提出时间拒止环境中协同作战(CODE)开放系统架构、自主编队、蜂群技术100架次以上，提升防御、火力、精确打击及情报侦察监视(ISR)能力DARPA2015 年天空博格人(Skyborg)人工智能、开放系统架构、模块系统推动“可消耗性”“模块化” “低成本”无人作战平台和虚拟驾驶系统发展空军2019 年“拒止环境中协同作战”项目聚焦于拓展美军现役无人机的能力，实现在拒止或对抗环境中针对高度机动的地面和海面目标执行动态、远距作战任务。2018年11月，DARPA在已验证低带宽协同感知和空中规划能力的基础上，进行了地面和空中测试。该项目通过发展协同算法，基本突破了提升无人机编队自主协同作战能力的

12、关键技术，达到了支撑美军智能无人机集群的能力目标。“天空博格人”项目聚焦于开发一种人工智能系统，既可以装备在无人机上也可以装备在有人机上。2019年3月，美空军首次公开了 “天空博格人”无人僚机项目，并于2020年5月发布项目提案。目前，该项目基本实现了智能无人机集群的“开放”“韧性”“自主”能力，并在“可拓展性”方面取得了突破。美空军希望在2021年准备好“天空博格人”原型，在2023年形成作战能力，“天空博格人”项目一旦成功完成，将有效提升无人作战的可能性。1.2. 2.智能作战体系集成技术如表3,美军无人机智能作战体系集成技术验证项目主要有DARPA的“体系集成技术和实验”(SoSITE

13、)项目和“进攻性蜂群使能战术(OFFSET)项目。表3美军无人机智能作战体系集成技术验证项目项目名称突破技术目标能力提出时间体系集成技术和试验自主能力，人机接口，开放6架以上，提升对抗空域生存9nic.(SoSITE)式架构率和作战效率 1进攻性蜂群使能技术体系架构的集成及工具开新技术系统集成，提升多平台 9m74.(OFFSET)发| 整体作战效能 i“体系集成技术和实验”项目聚焦于发展空中分布式作战的概念、架构和技术集成工具，旨在通过体系集成的方法保持空中优势，把包含飞机、武器、传感器和任务系统的航空作战能力分布于大量可互操作的有人/无人平台上，分散化部署，集成化使用。2018年7月，DA

14、RPA开展了一系列飞行试验，验证了如何在对抗环境中对包括空、天、地、海、网络空间的各个作战域内的系统进行快速“缝合”。“进攻性蜂群使能战术”项目聚焦于提高小规模作战部队在城市环境下作战的有效性。2020年9月，DARPA完成了该项目的第四次现场试验，以城市作战为试验背景并划分多个互动阶段，测试了无人车辆、固定翼无人机、多旋翼无人机自主定位可疑目标、保卫多个模拟目标的能力。2 .典型作战样式判析2.1. “忠诚僚机”战术骗扰美军认为，在敌方综合防空系统的威胁下，以F-22和F-35等隐身战斗机为代表的空中装备将在“反介入/区域拒止”环境中面临极大的生存威胁。因此，美军考虑将智能无人机集群作为“忠

15、诚僚机”来破解这一难题。美空军正在发展的“天空博格人”项目开发了人工智能驱动的“忠诚僚机”控制系统，可以作为F-16改无人机、波音公司“忠诚僚机”和XQ-58A “女武神”无人机的作战管理系统，使“忠诚僚机”作战成为现实。一是充当诱饵角色，通过将大量无人机投入敌方空域，诱使敌方预警雷达和制导雷达开机，从而精准攻击其防空阵地；二是充当掩护，通过将智能无人机集群组成电子战编队，对敌方预警雷达和制导雷达实施电子干扰，导致敌方武器系统和指挥控制失能。“忠诚僚机”战术骗扰作战样式如图2所示。图2 “忠诚僚机”战术骗扰作战样式示意图“忠诚僚机”战术骗扰作战样式下，“忠诚僚机”作为长机的“左膀右臂”，主要负责观察、警戒和掩